Raport powstał w celu analizy zbioru danych dotyczącego baterii udostępnionego przez Materials Project, inicjatywę naukową Departamentu Energii USA, której celem jest dostarczanie otwartych danych i narzędzi do analizy materiałów.
Podczas analizy skupiono się na identyfikacji zależności między różnymi atrybutamibaterii, takimi jak pojemność, gęstość energii, napięcie, czy stabilność. W raporcie wykorzystano różne techniki wizualizacji danych, aby lepiej zrozumieć zależności między atrybutami. Najbardziej widocznym jonem w zbiorze danych jest lit (Li). Podczas analizy zaobserwowano silną korelację między gęstością energii grawimetrycznej a wolumetrycznej. Na końcu przeprowadzono predykcje stabilności naładowania i rozładowania baterii, wykorzystując regresję liniową oraz las losowy z walidacją krzyżową.
| Battery.ID | Battery.Formula | Working.Ion | Formula.Charge | Formula.Discharge | Max.Delta.Volume |
|---|---|---|---|---|---|
| mp-30_Al | Al0-2Cu | Al | Cu | Al2Cu | 3.043399 |
| mp-1022721_Al | Al1-3Cu | Al | AlCu | Al3Cu | 1.243653 |
| mp-8637_Al | Al0-5Mo | Al | Mo | Al5Mo | 4.762574 |
| mp-129_Al | Al0-12Mo | Al | Mo | Al12Mo | 12.723893 |
| mp-91_Al | Al0-12W | Al | W | Al12W | 12.494598 |
| mp-1055908_Al | Al0-12Mn | Al | Mn | MnAl12 | 18.236156 |
| Average.Voltage | Gravimetric.Capacity | Volumetric.Capacity | Gravimetric.Energy |
|---|---|---|---|
| 0.0890331 | 1368.481 | 5562.790 | 121.84009 |
| -0.0215863 | 1112.937 | 4418.980 | -24.02423 |
| 0.1227568 | 1741.504 | 7175.702 | 213.78156 |
| 0.0431214 | 2298.811 | 7346.232 | 99.12801 |
| 0.0292342 | 1900.745 | 7332.719 | 55.56677 |
| 0.0397314 | 2547.693 | 7592.916 | 101.22330 |
| Volumetric.Energy | Atomic.Fraction.Charge | Atomic.Fraction.Discharge |
|---|---|---|
| 495.27253 | 0.0 | 0.6666667 |
| -95.38962 | 0.5 | 0.7500000 |
| 880.86651 | 0.0 | 0.8333333 |
| 316.78006 | 0.0 | 0.9230769 |
| 214.36621 | 0.0 | 0.9230769 |
| 301.67688 | 0.0 | 0.9230769 |
| Stability.Charge | Stability.Discharge | Steps | Max.Voltage.Step |
|---|---|---|---|
| 0.0000000 | 0.0000000 | 1 | 0 |
| 0.0740612 | 0.0962458 | 1 | 0 |
| 0.4114601 | 0.0452120 | 1 | 0 |
| 0.0000000 | 0.0114456 | 1 | 0 |
| 0.0000000 | 0.0000000 | 1 | 0 |
| 0.1454643 | 0.0000000 | 1 | 0 |
Suma brakujących wartości w zbiorze danych wynosi 0.
Liczba obserwacji: 4351
Liczba atrybutów: 17
Najbardziej widocznym jonem w zbiorze danych jest lit (Li).
| Battery Formula | Count |
|---|---|
| Li0-1V2OF5 | 19 |
| Li0-1CoPO4 | 18 |
| Li0-1FePO4 | 18 |
| Li0-3MnFeCo(PO4)3 | 17 |
| Li0-1MnPO4 | 15 |
| Li0-1V4OF11 | 15 |
| Li0-1V4O5F7 | 12 |
| Li0-1VF5 | 12 |
| Li0-1CrP2O7 | 11 |
| Li0-2MnP2O7 | 11 |
| Formula Charge | Count |
|---|---|
| MnO2 | 49 |
| TiO2 | 47 |
| VO2 | 46 |
| CrO2 | 45 |
| CoO2 | 43 |
| NiO2 | 41 |
| FeO2 | 36 |
| FePO4 | 26 |
| WO2 | 25 |
| CoPO4 | 24 |
| Formula Discharge | Count |
|---|---|
| LiCoPO4 | 19 |
| LiFePO4 | 19 |
| LiMnPO4 | 19 |
| LiV2OF5 | 19 |
| Li5Mn6(BO3)6 | 18 |
| Li3MnFeCo(PO4)3 | 17 |
| LiV4OF11 | 15 |
| Li2MnP2O7 | 14 |
| Li2FeSiO4 | 13 |
| LiCrPO4 | 12 |
Znacząca większość obserwacji dotyczyła średnich napięć z przedziału od 0 do około 10 V. Istnieje niewielka liczba obserwacji dotyczących zarówno bardzo niskich (poniżej -10 V), jak i bardzo wysokich (powyżej 10 V) wartości średniego napięcia.
Wykres został przycięty na osi X, aby umożliwić czytelne przedstawienie wyników, eliminując kilka odstających obserwacji.
Większość obserwacji dotyczyła niewielkich zmian objętości.
Wykres został odpowiednio przycięty na osi X, aby umożliwić czytelne
przedstawienie wyników, eliminując kilka odstających obserwacji.
Największa ilość próbek ma pojemność grawimeryczną w przedziale od 0 do około 500 mAh/g
Znacząca większość próbek ma pojemność wolumetryczną w przedziale od 0 do około 2000 mAh/cm3
Większość próbek wykazuje gęstość energii w zakresie od 0 do około 2000 Wh/kg.
Przeważająca liczba próbek ma gęstość energii wolumetrycznej w zakresie od 0 do około 5000 Wh/L.
Znacząca większość obserwacji dotyczyła niskich wartości ładunku stabilizującego, skupionych w przedziale od 0 do około 0,5 jednostki na osi X.
Macierz korelacji doskonale sprawdza się do identyfikowania zależności między różnymi atrybutami (cechami) danych. Wykorzystano ją aby sprawdzić współczynnik korelacji między naszymi atrybutami.
Współczynnik korelacji 0.9283253 wskazuje na silny związek między gęstością energii grawimetrycznej a wolumetrycznej.
Współczynnik korelacji między pojemnością grawimetryczną a pojemnością wolumetryczną wynosi 0.8584163.
Współczynnik korelacji wynosi 0.6180186.
W przypadku predykcji stabilności naładowania, wykorzystamy regresję liniową.
| Metric | Value |
|---|---|
| RMSE | 0.3980418 |
| Rsquared | 0.1268066 |
| MAE | 0.1474695 |
W przypadku predykcji stabilności rozładowania, wykorzystamy random forest z walidacją krzyżową.
| Metric | Value |
|---|---|
| Number of Trees | 10.0000000 |
| Mtry | 2.0000000 |
| RMSE | 0.1642395 |
| Rsquared | 0.8116191 |
| MAE | 0.0558046 |